董紹華1 湯林2 班興安2 張維智2 高策1

1.中國(guó)石油大學(xué)（北京） 管道技術(shù)與安全研究中心； 2. 中國(guó)石油勘探生產(chǎn)分公司

摘 要： 國(guó)內(nèi)油氣長(zhǎng)輸管道完整性管理經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期不斷探索實(shí)踐，取得了積極成效。但油田管道完整性管理仍然處于起步階段，安全與環(huán)境隱患突出。分析了油田管道自身特點(diǎn)和實(shí)施完整性管理的難點(diǎn)，提出了適合于油田管道的五步循環(huán)管理模式，以及全生命周期完整性管理設(shè)計(jì)方案，對(duì)于及時(shí)發(fā)現(xiàn)泄漏風(fēng)險(xiǎn)并實(shí)施防護(hù)，預(yù)防事故的發(fā)生意義重大。

關(guān)鍵詞： 油田管道；全生命周期；完整性管理；方案

油田管道系統(tǒng)龐雜，管道類(lèi)型多樣。截至2017年底，僅中國(guó)石油油氣田所屬各類(lèi)管道總長(zhǎng)超過(guò)30萬(wàn)公里、中國(guó)石化所屬各類(lèi)油氣田管道總長(zhǎng)約20萬(wàn)公里，管道類(lèi)型達(dá)數(shù)十種，包括油氣集輸管道、凈化油氣管道、供水管道、污水管道、注水管道等，加強(qiáng)管道安全管理是油田管理者始終面臨的重要課題。國(guó)內(nèi)長(zhǎng)輸管道完整性管理目前已經(jīng)有了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，而油田管道完整性管理一直沒(méi)有全面開(kāi)展，這和油田管道特點(diǎn)、設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)有密切關(guān)聯(lián)，需要借鑒長(zhǎng)輸管道的管理經(jīng)驗(yàn)和方法開(kāi)展油田管道完整性管理。

1 油田管道的特點(diǎn)

（1）管道管徑較小。油田管道管徑大小不一、管網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、建設(shè)水平各異，距離相對(duì)較短，管徑和壓力差異大，呈網(wǎng)狀、條狀、枝狀分布，多數(shù)管道無(wú)陰極保護(hù)，無(wú)收發(fā)球筒，內(nèi)檢測(cè)技術(shù)無(wú)法實(shí)施。而長(zhǎng)輸管道管徑單一，大多數(shù)管道直徑超過(guò)660 mm，布設(shè)有收發(fā)球筒，可以定期開(kāi)展管道內(nèi)檢測(cè)，管道成線性分布。

（2）管材等級(jí)較低。油田管道以中低鋼級(jí)管線鋼為主，屈強(qiáng)比小，焊接以半自動(dòng)焊、人工焊為主。而長(zhǎng)輸管道以高鋼級(jí)管道為主，斷裂韌性大，屈強(qiáng)比大，焊縫焊接以自動(dòng)焊、半自動(dòng)焊為主，焊接過(guò)程控制條件嚴(yán)格。

（3）陰保非強(qiáng)制性。油田管道輸送介質(zhì)復(fù)雜，大多數(shù)存在如H2S、Cl -等危害因素，且具有高溫、高壓等特點(diǎn)，腐蝕環(huán)境突出。外部防腐采用瀝青、環(huán)氧+玻璃布等涂層防腐，陰極保護(hù)系統(tǒng)采用犧牲陽(yáng)極形式，陰極保護(hù)具有非強(qiáng)制性。長(zhǎng)輸管道大多數(shù)采用3PE結(jié)構(gòu)、陰極保護(hù)系統(tǒng)完善，外加電流為主，陰極保護(hù)是強(qiáng)制實(shí)施。

（4）介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)。油田管道運(yùn)行時(shí)在管線內(nèi)部可能添加緩蝕劑，介質(zhì)通常表現(xiàn)為油氣水多相流的相態(tài)，具有高溫、高壓，有毒、有害的特點(diǎn)，內(nèi)部輸送介質(zhì)有很強(qiáng)的腐蝕性。而長(zhǎng)輸管道內(nèi)部油品和氣質(zhì)條件符合國(guó)家要求，凈化油氣、氣質(zhì)穩(wěn)定、不含有毒物質(zhì)，內(nèi)腐蝕特點(diǎn)不突出。

（5）壓力等級(jí)較低。大多數(shù)油田管道壓力低于2.0 MPa，且各類(lèi)管道壓力等級(jí)不同。而長(zhǎng)輸管道壓力等級(jí)目前已高達(dá)12.0 MPa，一旦失效后果嚴(yán)重。

（6）管子選型復(fù)雜。油田管道大量使用復(fù)合管，目的是為了防腐，但復(fù)合管在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)因不銹鋼內(nèi)襯的脫落，造成通球和檢測(cè)困難，同時(shí)引起水在破裂處的大量積聚，導(dǎo)致腐蝕嚴(yán)重或環(huán)焊縫處泄漏。而長(zhǎng)輸管道很少使用復(fù)合管，選用鋼制管道，內(nèi)部涂覆內(nèi)涂層，其主要目的是降低磨阻系數(shù)，增加輸送量。

2 油田管道完整性管理實(shí)施難點(diǎn)分析

（1）完整性管理起步晚。油田管道管理粗放，未形成健全的管理體系，可參考的標(biāo)準(zhǔn)少，整體技術(shù)缺乏，主要以事后管理為主。

（2）設(shè)計(jì)理念和標(biāo)準(zhǔn)不高。油田管道基礎(chǔ)設(shè)施沒(méi)有按照預(yù)防性維護(hù)為主的管控模式進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中管道的腐蝕控制均以增加壁厚為原則，大部分不設(shè)計(jì)收發(fā)球筒。

（3）完整性管理技術(shù)缺乏。國(guó)內(nèi)油田管道不能進(jìn)行內(nèi)檢測(cè)，只能尋求內(nèi)檢測(cè)之外的全管體覆蓋檢測(cè)方法。近年來(lái)研發(fā)的外部磁應(yīng)力MTM技術(shù)、地磁探測(cè)技術(shù)、外防腐層檢測(cè)技術(shù)等，均不能做到缺陷的全檢測(cè)和全發(fā)現(xiàn)。站場(chǎng)超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)，由于需要開(kāi)挖，則只能作為抽檢的方法之一。

（4）數(shù)據(jù)平臺(tái)不能滿足需求。目前國(guó)內(nèi)各大油田均自建了很多管理平臺(tái)，由于尚未構(gòu)建完整性管理體系，其平臺(tái)的建設(shè)目標(biāo)、 標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，業(yè)務(wù)模塊不完備，評(píng)價(jià)功能不健全，尚不足以支持油田管道完整性管理業(yè)務(wù)的順利開(kāi)展。①分析功能方面，大部分平臺(tái)不具備自動(dòng)分析功能，多采用單獨(dú)項(xiàng)目或外部分析評(píng)價(jià)軟件進(jìn)行相關(guān)工作。②評(píng)價(jià)方法方面，平臺(tái)有部分分析評(píng)價(jià)功能模塊，但業(yè)務(wù)流程與國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)做法不一致。③外部支持軟件方面，部分平臺(tái)不具備外部支持功能性軟件，部分平臺(tái)外部支持軟件應(yīng)用較為成熟，如移動(dòng)巡線、管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)軟件、ECDA軟件平臺(tái)等，新建平臺(tái)可以借鑒。

3 油田管道完整性管理體系規(guī)劃

3.1 基本原則和指導(dǎo)思想

（1）基本原則。 整體規(guī)劃、分步實(shí)施；試點(diǎn)先行、全面推廣；管道先行、循序推進(jìn)；統(tǒng)一規(guī)范、分級(jí)控制；立足自身、重點(diǎn)突破；統(tǒng)一架構(gòu)、統(tǒng)一門(mén)戶(hù)。

（2）指導(dǎo)思想。強(qiáng)化油田開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)的管道全生命周期的風(fēng)險(xiǎn)管理，研究、吸收和運(yùn)用完整性管理各項(xiàng)評(píng)價(jià)和技術(shù)方法，全面推廣實(shí)施油田管道完整性管理，保障安全生產(chǎn)，打造數(shù)字化油田邁向智能化油田，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代信息技術(shù)與全生命周期管理的緊密結(jié)合。

3.2 發(fā)展目標(biāo)

2019年：建立健全完整性管理組織架構(gòu)并明確職能，建設(shè)油田管道完整性管理體系，開(kāi)發(fā)較為完善的管道完整性管理平臺(tái)，開(kāi)展完整性管理技術(shù)研究。

2020年：及時(shí)總結(jié)和推廣試點(diǎn)單位的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，在油田企業(yè)內(nèi)部全面推廣完整性管理。

2021年：開(kāi)展內(nèi)外部審核以持續(xù)改進(jìn)，從初級(jí)達(dá)到中級(jí)水平。

2022年：完整性管理達(dá)到良好水平。

2023年：完整性管理達(dá)到先進(jìn)水平。

3.3 體系建設(shè)內(nèi)容

覆蓋建設(shè)期、運(yùn)營(yíng)期、報(bào)廢期的油田管道全生命周期完整性管理范圍包括地面集輸管網(wǎng)、集注站、井口和地下管道。其管理體系如圖 1所示。

圖 1  油田管道完整性管理體系

3.4 完整性管理模式

提出并建立了適應(yīng)油田管道特點(diǎn)的完整性管理五步工作流程，即數(shù)據(jù)采集與校核、風(fēng)險(xiǎn)因素識(shí)別與評(píng)價(jià)、檢測(cè)與適用性評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)消減與維修、效能審核與評(píng)價(jià)五個(gè)環(huán)節(jié)(圖 2)。

圖 2  油田管道完整性管理流程

其中，高后果區(qū)管理部分未在五步循環(huán)中單獨(dú)列出，主要是考慮其與長(zhǎng)輸管道高后果區(qū)相比較，管道壓力低、流量小，事故后果以泄漏為主，對(duì)人群、環(huán)境、大型構(gòu)筑物的危害較小，但將其納入到風(fēng)險(xiǎn)因素識(shí)別與評(píng)價(jià)中。

4 全生命周期完整性管理系統(tǒng)

4.1 完整性管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

（1）系統(tǒng)性原則：系統(tǒng)設(shè)計(jì)要以整體角度考慮，從大數(shù)據(jù)應(yīng)用方面考慮。

（2）簡(jiǎn)單性原則：系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，避免一切不必要的內(nèi)容。

（3）開(kāi)放性原則：盡量采用模塊化結(jié)構(gòu)，提高各模塊的獨(dú)立性，盡可能減少模塊間的數(shù)據(jù)耦合，使各子系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)依賴(lài)降至最低限度。

（4）互連性原則：考慮接口預(yù)留，能與企業(yè)現(xiàn)有的油田管道數(shù)字化系統(tǒng)、裝備管理平臺(tái)、監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA）等接口對(duì)接。

（5）擴(kuò)展性原則：預(yù)留擴(kuò)展功能，以滿足未來(lái)數(shù)據(jù)庫(kù)和用戶(hù)規(guī)模需求。

（6）成熟性原則：最大限度滿足油田管道現(xiàn)在和未來(lái)發(fā)展的需要。平臺(tái)具有實(shí)際可操作性，用戶(hù)能夠快速掌握并使用，易于推廣。

（7）管理可接受原則：系統(tǒng)的作用和生命力，很大程度上取決于管理能否接受。

4.2 完整性管理系統(tǒng)功能

油田管道完整性管理系統(tǒng)主要包括以下模塊。

（1）建設(shè)期數(shù)據(jù)采集與對(duì)齊管理模塊。

（2） GPS及無(wú)人機(jī)巡護(hù)管理模塊。

（3）油田管道腐蝕控制與管理模塊。

（4）油田管道風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與評(píng)價(jià)模塊。

（5）“雙高”區(qū)域管道管理模塊。

（6）油田管道缺陷評(píng)價(jià)模塊。

（7）油田管道完整性檢測(cè)數(shù)據(jù)管理模塊。

（8）油田管道安全隱患預(yù)防管理模塊。

（9）油田管道腐蝕防護(hù)管理模塊。

（10）泄漏與安全預(yù)警技術(shù)模塊。

（11）應(yīng)急決策支持技術(shù)模塊。

（12）審核與效能評(píng)價(jià)模塊。

（13）大數(shù)據(jù)決策優(yōu)化模塊。

（14）其他。

5 結(jié)束語(yǔ)

推行油田管道完整性管理總體尚處于醞釀階段，未來(lái)需要做的工作和攻克的難題還很多。特別是對(duì)于不能進(jìn)行內(nèi)檢測(cè)（Unpiggable）的管線，如何實(shí)現(xiàn)在線不停輸檢測(cè)是國(guó)內(nèi)外共同面臨的技術(shù)難題。油田企業(yè)應(yīng)結(jié)合自身情況逐步實(shí)施管道完整性管理工作，將其融入到日常生產(chǎn)管理中，實(shí)現(xiàn)油田管道安全運(yùn)行和降本增效。

作者：董紹華， 1972年生，中國(guó)石油大學(xué)（北京）教授，博士生導(dǎo)師，管道技術(shù)與安全研究中心主任。管道完整性與安全技術(shù)專(zhuān)家；第五屆國(guó)家安全生產(chǎn)專(zhuān)家組成員；國(guó)家質(zhì)檢總局特種設(shè)備壓力管道技術(shù)委員會(huì)委員； NACESTAG75 完整性技術(shù)專(zhuān)家委員會(huì)主席；北京石油學(xué)會(huì)理事兼石油應(yīng)用與儲(chǔ)運(yùn)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)主任；擔(dān)任2017年國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“公共安全專(zhuān)項(xiàng)”國(guó)家儲(chǔ)備庫(kù)安全項(xiàng)目首席。主要研究方向?yàn)楣艿劳暾�性管理技術(shù)、管道安全評(píng)價(jià)技術(shù)、管道信息大數(shù)據(jù)工程技術(shù)等。曾獲省部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)25項(xiàng)，參與編制行業(yè)、企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)40余部，發(fā)表學(xué)術(shù)論文90余篇。

2018年第5期（總第42期）